DNA损伤与修复-主要的酶与途径

DNA损伤与修复，主要的酶与途径

感慨：关于DNA修复：在细胞中能进行修复的生物大分子只有DNA，反映了DNA对生命的重要性。DNA分子的变化并不是全部都能被修复成原样的，正因为如此生物才会有变异、有进化。

DNA损伤的原因：

a)自发性损伤

(1)DNA复制中的错误

(2)DNA的自发性化学变化

碱基的异构互变DNA中的4种碱基各自的异构体间都可以自发地相互变化(例如烯醇式与酮式碱基间的互变)，使碱基配对间的氢键改变，可使腺嘌呤能配上胞嘧啶、胸腺嘧啶能配上鸟嘌呤等，如果这些配对发生在DNA复制时，就会造成子代DNA序列与亲代DNA 不同的错误性损伤。

碱基的脱氨基作用碱基的环外氨基有时会自发脱落，从而胞嘧啶会变成尿嘧啶、腺嘌呤会变成次黄嘌呤(H)、鸟嘌呤会变成黄嘌呤(X)等，遇到复制时，U与A配对、H和X都与C配对就会导致子代DNA序列的错误变化。

脱嘌呤与脱嘧啶自发的水解可使嘌呤和嘧啶从DNA链的核糖磷酸骨架上脱落下来。

碱基的缺失位点

碱基修饰与链断裂细胞呼吸的副产物O2、H2O2等会造成DNA损伤，能产生胸腺嘧啶乙二醇、羟甲基尿嘧啶等碱基修饰物，还可能引起DNA单链断裂等损伤。此外，体内还可以发生DNA的甲基化，结构的其他变化等，这些损伤的积累可能导致老化。

甲基化

b)环境因素引发的损伤

（1）物理因素：

①DNA受到大剂量紫外线照射时，形成二聚体

②电离辐射损伤DNA 有直接和间接的效应，直接效应是DNA直接吸收射线

能量而遭损伤，间接效应是指DNA周围其他分子(主要是水分子)吸收射线能量产生具

有很高反响活性的自由基进而损伤DNA。电离辐射可导致DNA分子的多种变化：DNA 链断裂、DNA链蛋白质的交联、脱氧核糖分解、产生OH自由基，导致碱基变化。

（2）化学因素：

烷化剂引起DNA损伤

⏹碱基烷基化: G–C → A–T

⏹碱基脱落: 甲基磺酸甲酯可使鸟嘌呤7N烷基化，活化β—糖苷键，连接碱

基与五碳糖间的共价键变弱，容易折断缺失碱基，造成脱嘌呤作用。

⏹DNA断链: 磷酸二酯键上的氧被烷基化

⏹DNA链交联

碱基类似物、修饰剂对DNA的改变

•5-BrdU〔5－溴尿嘧啶〕〔酮式-A；烯醇式-G〕

•亚硝酸盐氧化脱氨〔C→U〕

•羟胺脱甲基〔T→C〕

•黄曲霉素B 〔攻击碱基〕

DNA损伤的后果

DNA 修复

1) 直接修复

• 在 DNA 5'-P 端和 3'-OH 端未受损害的情况下，连接酶(ligase ['l ɪge ɪz])能够直接修复DNA 的断裂口。 • DNA 紫外线损伤的光复合酶〔photolyase ，又称光解酶〕直接修复

• 烷基化碱基的直接修复

大肠杆菌的Ada 酶〔腺苷酸脱氨酶〕，可修复甲基化的碱基和甲基化的磷酸二酯键。

2) 错配修复系统 (MRS ：Mismatch Repair System)

• 识别标志：6N -甲基腺嘌呤〔6m A 〕的甲基化

在DNA 中，天然的甲基化碱基有两种：6N -甲基腺嘌呤〔6

m A 〕和5-甲基

胞嘧啶。后者与识别无关。 • 组成：

DNA 腺嘌呤甲基化酶(6m A 甲基化酶)

DNA polymerase Ⅲ填补单链DNA 缺口

Helicase SSB 外切核酸酶(Ⅰ和Ⅶ) 连接酶

MCE (mismatch correct enzyme)

•MCE

有三个亚基：mut H, L, S，作用分别为

•修复流程：

3)重组修复

4)碱基切除修复

5)核苷酸切除修复(Nucleotide['njuːklɪətaɪd] excision repair, NER)

●体内识别DNA 损伤最多的修复通路。

●主要修复扭曲双螺旋结构的DNA 损伤以及阻断基因转录。

●不识别任何特殊的碱基损失，而是识别双螺旋形状的改变。

●主要过程

损伤识别---蛋白复合体结合到损伤位点----在错配位点上下游几个碱基的

位置上〔上游5’端和下游3‘端〕将DNA链切开----将两个切口间的寡核苷

酸序列去除----DNA聚合酶合成新的片段填补gap----连接酶将新合成片段与原

DNA链连接起来

关键蛋白：大肠杆菌中, UvrA、UvrB、UvrC

uvrA是ATP水解酶,同时也是损伤部位的识别蛋白质。它与UvrB形成AZBI

复合物,结合到损伤部位,然后解开双螺旋并造成UvrB的构象变化,使其与损伤

部位结合得更牢固。之后UvrA释放,UvrC结合到U-端的磷酸二醋键。然后在

UvrD作用下释放UvrC与切下的寡聚核昔酸,大肠杆菌的DNA聚合酶I对DNA

缺口进行添补。

SOS应答〔SOS Response)的概念、网络，促发因素

SOS由来：SOS是英文“Save Our Soul〞〔拯救我们的灵魂〕三个英文单词的首字母缩写，后转借用于海事危难时所发出的三长两短的呼救信号。

SOS应答引申到生物学领域，指生物细胞对严重危及生存环境所作出的一种生理反响，同时，也是细胞在严重危及生存环境中所表现出的一种生理状态。细菌染色体DNA的大量损失可以诱导相距很远的基因表达，即所谓SOS应答。许多被诱导的基因表达产物参与了DNA修复并诱发突变。关键的调控因子是RecA蛋白和LexA阻抑物。

原核生物：当细胞内出现过长的单链DNA〔ssDNA〕时，细胞内的RecA〔最早发现的参与大肠杆菌同源重组的蛋白〕与之形成一种特殊的RecA-ssDNA复合体。RecA拥有蛋白水解活性，但并不是传统意义上的蛋白水解酶。它可以对一种被用作五十几种基因转录的阻遏物〔Repressor) 的LexA蛋白质进行相互作用，促进LexA的自切割反响，以解除LexA蛋白对基因转录的阻遏效应。在所发现的受LexA阻遏的基因中，很多是负责DNA损伤修复〔包括切除修复和同源重组修复〕的蛋白质组分。

真核生物：SOS-like Response〔类SOS应答〕，其中关键蛋白之一是P53。